Описание основных причин износа коренных и шатунных вкладышей

Описание основных причин износа коренных и шатунных вкладышей

Вкладыши шатунные: описание,причины поломки,фото,видео.

Современный двигатель является весьма сложным устройством, состоящим из большого числа деталей. Одним из самых важных считается коленчатый вал и все связанные с ним детали, передающие энергию топлива сгорания на колёса, придавая им вращение. Составной частью коленвала являются вкладыши коренные и шатунные, которые во время работы мотора первыми приходят в движение.

Что такое шатунные вкладыши коленвала?

Как уже стало понятно из предисловия, шатунные вкладыши коленвала – это подшипники скольжения шатунов коленчатого вала, которые придают ему вращательные движения. Вращение возникает в результате микровзрывов в камерах сгорания цилиндров ДВС. Данная автомобильная система постоянно работает в условиях высоких скоростей и предельных нагрузок. Поэтому возникает острая необходимость минимизирования трения деталей, ведь в противном случае может произойти мгновенный выход двигателя из строя. Для наиболее полного снижения силы трения между деталями двигателя внутреннего сгорания, они покрываются особой маслянистой тонкой плёнкой.

Обеспечивается она благодаря системе автомобильной смазки двигателя. Плёнка появляется только в том случае, когда масло находится под достаточно сильным давлением. Вкладыши коленчатого вала и его шейка также разделены такой микроскопической масляной прослойкой. Именно благодаря такой защите сила трения сводится к минимуму настолько, настолько это возможно. Из этого можно сделать вывод, что шатунные вкладыши коленвала – это определённые защитные элементы, которые увеличивают эксплуатационный срок важнейшей части мотора автомобиля. Давайте сначала упомянем то, что их существует две категории: коренные и шатунные.

Вкладыши шатунного типа располагаются между шатунами и шейками коленчатого вала. Коренные схожи с первыми в своём эксплуатационном предназначении, но расположены на коленчатом валу в том месте, где он проходит через корпус двигателя внутреннего сгорания. Вкладыши коленвала имеют различный внутренний диаметр. Это зависит от типа двигателей, для которых они производятся. Ремонтные вкладыши коленвала различаются между собой и, конечно же, отличаются от новых, которые установлены на автомобиль, только сошедший с конвейера. Различаются между собой ремонтные вкладыши коленвала лишь отметкой, кратной 0,25 мм. То есть их размерный ряд по внутреннему диаметру выглядит примерно следующим образом: 0,25; 0,5; 0,75; 1 мм и т.д.

Причины поломки

Из-за высоких нагрузок данные части коленвала имеют повышенный риск поломки. Основными причинами возникающих проблем с данными элементами являются их физический износ и проворачивание. Первая считается естественной поломкой, поскольку со временем они имеют свойство стираться, это ведёт к большему ходу вала и сниженной подаче масла из-за низкого давления.

Вторая ситуация происходит потому, что пластина вкладышевого элемента слишком тонкая и при проворачивании он слипается с шейкой коленвала. Это фактически ведёт к поломке двигателя. Причины второго случая могут быть такими:

  • предельные показатели вязкости смазки, попадание в неё вредных примесей или полное отсутствие таковой;
  • плохое натяжение для поставленных подшипниковых крышек;
  • смазка слишком жидкая;
  • двигатель часто эксплуатируется в условиях регулярных перегрузок.

Почему проворачивает шатунные вкладыши или вкладыши коленвала

Вкладыши в двигателе установлены в специальные установочные места (постель вкладыша). Установка предполагает особую фиксацию, так как вкладыши имеют в своем теле отверстия, что позволяет подавать на них моторное масло. Указанные отверстия должны четко совпадать с отверстиями, которые высверлены в самих деталях для прохода смазки. Также фиксация вкладыша необходима с учетом того, что во время работы двигателя возникает трение по поверхностям сопряженных элементов.

С учетом вышеприведенной информации становится понятно, что если провернуло шатунный вкладыш, причина может заключаться в следующем:

  • недостаточная фиксация вкладыша;
  • сильное трение по поверхности вкладыша;

Как известно, трение возникает в результате скольжения двух тел по отношению друг к другу при наличии определенной нагрузки. Общая величина силы трения будет зависеть от величины нагрузки на трущуюся пару, а также от коэффициента трения. Для того чтобы снизить силу трения при изготовлении деталей применяются специальные антифрикционные материалы, которые имеют низкий коэффициент трения.

Что касается вкладыша, антифрикционный материал наносится на его поверхность. Коленвал по отношению к вкладышам совершает вращательное движение, в месте сопряжения вкладыша и коленчатого вала возникает сила трения, которая стремится провернуть вкладыши по отношению к их установочным местам. Для защиты от проворачивания и смещения вкладыш удерживает специальный усик. Также при установке сами вкладыши вставляются с определенным натягом, величина которого рассчитана конструкторами того или иного ДВС.

Становится понятно, что избыточное трение или недостаточно надежная фиксация (слабый натяг), являются основными причинами, по которым не удается удержать вкладыш на его посадочном месте. Отметим, что во время изготовления двигателя на заводе недостаточный натяг вкладышей при сборке ДВС встречается крайне редко. Чаще проблемы с коренными или шатунными вкладышами появляются после того, как двигатель ремонтировался. Другими словами, неправильный подбор ремонтных вкладышей и другие дефекты, которые не позволяют добиться необходимого натяга, приводят к проворачиванию. Так как на КШМ воздействуют неравномерные нагрузки, вкладыши с ослабленной посадкой начинают вибрировать, масляная пленка на их поверхности разрушается, вкладыш может «прихватить». В такой ситуации проворачивание неизбежно, так как фиксирующий усик попросту не способен противостоять моменту проворачивания на самом вкладыше.

Как уже было сказано, еще одной причиной проворачивания вкладышей двигателя является превышенный момент трения, то есть нарушаются расчетные условия работы самих подшипников скольжения. Нормальная работа вкладышей предполагает так называемое жидкостное трение, то есть поверхность вкладыша и шейку коленчатого вала разделяет масляная пленка. Это позволяет избежать прямого контакта нагруженных деталей, обеспечивает необходимую смазку и охлаждение, минимизирует трение.

Рост нагрузок в паре вкладыш-коленвал приводит к уменьшению толщины масляной пленки или к полному разрыву (сухое трение). Параллельно увеличению силы трения происходит усиленное выделение тепла, в области трения возникают локальные перегревы. При повышении нагрева нарушается температурная стабильность масла, толщина масляной пленки еще больше снижается, вкладыш может прихватывать к поверхности шейки коленчатого вала.

Также следует добавить, что толщина масляной пленки между сопряженными деталями напрямую зависит от того, с какой скоростью указанные детали перемещаются относительно друг друга (гидродинамическое трение). Чем быстрее детали двигаются, тем интенсивнее масло попадает в зазор, который присутствует между трущимися элементами. Получается, создается более толстый масляный клин-пленка по сравнению с такой же пленкой на меньшей скорости движения сопряженных деталей. При этом необходимо учитывать тот факт, что увеличение скорости движения деталей увеличивает и силу трения, а также растет нагрев от такого трения. Это значит, что температура моторного масла начинает повышаться, смазка разжижается, толщина пленки становится меньше.

Еще на силу трения оказывает влияние то, с какой точностью изготовлены поверхности сопряженных деталей, от степени шероховатости указанных поверхностей и т.д. Если, например, поверхность вкладыша или шейки окажется неровной, тогда возникнут зоны, в которых возникнет практически сухое трение или детали будут контактировать в условиях недостаточной толщины масляной пленки. Параллельно такие зоны сухого трения могут возникать и в тех случаях, когда в моторном масле присутствуют механические частицы, то есть масло загрязнено.

По указанным причинам после сборки нового ДВС или капитального ремонта двигателя силовой агрегат должен пройти процесс обкатки, который предполагает умеренные нагрузки и частую смену моторного масла. Дело в том, что нагруженные пары должны приработаться друг к другу, так как притирка постепенно нивелирует возможные имеющиеся микродефекты, которые оказывают влияние на эффективность образования и последующую стабильность образованной масляной пленки.

По указанной причине не так просто дать ответ, какое масло лучше применительно к вкладышам и их проворачиванию с учетом только одного показателя вязкости. Не следует забывать о том, что важнейшей характеристикой является также смазывающая способность масла, то есть свойство смазки сцепляться с металлическими поверхностями. Следует учитывать и стабильность пленки того или иного масла в условиях различных нагрузок и температур.

1.6 Виды повреждений подшипников коленчатого вала

1.6.1 Классификация повреждений вкладышей подшипников

Анализ состояния замененных подшипников позволили классифицировать повреждения следующим образом: задир подшипника, повышенное или неравномерное изнашивание вкладышей, усталостное изнашивание антифрикционного слоя, коррозионное изнашивание, фретинг-коррозия посадочной поверхности, кавитационное изнашивание, потеря натяга.

Характер распределения этих видов повреждений зависит от различных факторов, в том числе и от типа двигателя, применяемых материалов пар трения, типа смазок и топлив, условий эксплуатации. Так, для вкладышей подшипников, изготовленных из бронзы с заливкой баббитом БК2, больше всего заменяется вкладышей по усталостному изнашиванию антифрикционного слоя. В то же время для подшипников с вкладышами, изготовленными из стали с заливкой свинцовистой бронзой БрСЗО, обладающей более высокой, чем баббит, усталостной прочностью, больше всего заменяются вкладыши по задиру и коррозионному изнашиванию антифрикционного слоя (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Классификация повреждений вкладышей подшипников

Существенная разница в количестве заменяемых по задиру шатунных вкладышей по сравнению с коренными уже зависит от различия конструкции, условий нагружения и в конечном счете от режима трения этих подшипников.

Среди всех видов повреждений подшипников наиболее серьезные последствия имеет задир, вызывающий в ряде случаев поломку коленчатого вала, перегрев и задир поршня, разрушение втулки цилиндра, шатуна, а иногда и блока цилиндров. Задир связан с нарушением режима жидкостного трения и повышенным тепловыделением пары трения.

В начальной стадии — это так называемый «прижог», а в развитой—сопровождается расплавлением антифрикционного материала и разрушением вкладышей. Характерным признаком перегрева вкладышей при «прижоге», особенно тех, антифрикционный материал и основа которых имеют значительную разницу в коэффициентах линейного расширения (например, сталь—свинцовистая бронза), является уменьшение диаметра вкладыша в свободном состоянии.

Задир может происходить как на одном-двух вкладышах данного дизеля, так и сразу на всех или многих подшипниках. В последнем случае он связан с нарушениями в системе смазки: выходом из строя масляного насоса, повреждением маслоподводящих трубок, а также при обводнении смазки. Причинами задира отдельных подшипников могут служить недостатки сборки, попадание грязи и крупных частиц, наличие дефектов вкладыша. Однако при систематически возникающих задирах их причиной является недостаточная несущая способность подшипника. Типичный вид вкладыша после задира приведен на рисунке 1.23 а.

Известно, что задир чаще происходит в подшипниках, для которых используются твердые антифрикционные материалы: свинцовистая бронза, алюминиево-оловянные. При этом подмечено, что наиболее тяжелые последствия задира в тех случаях, когда применяются вкладыши, залитые свинцовистой бронзой. Уже в начальной стадии задира поверхность шейки покрывается сеткой термических трещин, которые могут являться причиной поломки коленчатого вала. Известны случаи, когда поломка вала происходила как раз по тем шейкам, на которых вкладыши были заменены из-за задира.

Читать еще:  Как проверить датчик коленвала опель омега а

При задире подшипников, вкладыши которых имеют алюминиево-оловянный слой, до тех пор, пока слой сохраняется, происходит перенос олова на шейку вала и тем самым обеспечивается защита шейки от более серьезных повреждений.

Задир может происходить и при работе подшипников с вкладышами, имеющими заливку из мягких антифрикционных материалов типа баббита.

Как видно из таблицы 1.1, одной из причин браковки вкладышей подшипников коленчатых валов является усталостное изнашивание. Усталостное изнашивание вкладышей подшипников тепловозных дизелей проявляется в виде выкрашивания антифрикционного слоя.

Наиболее сильно усталостному изнашиванию подвержены вкладыши, имеющие антифрикционный слой из баббита. Типичный вид усталостного повреждения баббита БК2 на вкладышах показан на рисунке 1.23 б. Имеются случаи появления усталостного изнашивания подшипников с более прочными материалами (свинцовистая бронза, алюминиево-оловянные сплавы).

В том случае, если на вкладыше имеется мягкое приработочное покрытие значительной толщины 0,04—0,06 мм, может происходить усталостное изнашивание этого покрытия (рисунок 1.23 в). Причинами возникновения усталостных повреждений следует считать циклическое изменение напряжений в антифрикционном слое в процессе работы двигателя. Развитие усталостных повреждений ускоряется вследствие деформации деталей узла, наличия отклонений в его геометрии и других факторов.

При анализе напряженного состояния антифрикционного слоя можно выделить три составляющие напряжений: сжимающие статические напряжения, возникающие при установке и затяжке вкладышей в опоры; статические термические напряжения от перепада температур вкладыша по толщине и разности коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и вкладыша, динамические напряжения, определяемые переменными силами, действующими на подшипник. Статическая составляющая напряжений зависит от параметров посадки подшипника. Во время работы двигателя под действием переменных сил происходит изгиб корпуса и подшипника, приводящий к циклическому изменению напряжений сжатия на рабочей поверхности.

На зарождение усталостных трещин могут влиять микроструктурные дефекты или микротрещины, возникающие в районе максимальных напряжений при нарушении режима жидкостного трения, например, при пуске или остановке дизеля. В дальнейшем трещины развиваются в глубину антифрикционного слоя и, дойдя до более прочного материала основания вкладыша, распространяются вдоль него. Выкрашивание участка антифрикционного слоя происходит при встрече с другой трещиной, развивающейся с поверхности.

На возникновение и развитие усталостных повреждений оказывает влияние смазка. Агрессивное воздействие масла снижает усталостную прочность подшипников.

Большое влияние на долговечность вкладышей подшипников оказывает химический состав баббита. Например, отклонение от оптимального содержания натрия в баббите БК2 (свыше 0,4%) увеличивает выход из строя вкладышей. Долговечность подшипников со слоем баббита во многом зависит и от качества заливки. Часто встречающимися дефектами заливки являются рыхлоты, пористость и невысокая прочность сцепления антифрикционного слоя с основанием вкладыша. Усадочные рыхлоты при этом могут быть достаточно мелкими и оказывают влияние лишь после длительного хранения вкладышей.

Как видно из данных таблицы 1.1, значительная часть вкладышей заменяется из-за коррозионного изнашивания. Этому виду износа подвержены вкладыши, антифрикционный материал которых имеет основой свинец, например свинцовистая бронза. Коррозия вызывается продуктами окисления масла из-за попадания в него воды, топлива и некоторых присадок к маслу.

Эрозионный износ вкладышей может происходить вследствие воздействия электрического тока. Наибольший эрозионный износ отмечается на вкладышах, близко расположенных к генератору. По мере удаления опор от генератора износ вкладышей уменьшался.

Рабочая поверхность вкладышей, подвергшихся действию электроэрозии, покрывается мелкой сыпью (рисунок 1.23 д), приводящей к высокой интенсивности изнашивания отдельных вкладышей.

Изнашивание вследствие фретинг-коррозии происходит из-за микроперемещений поверхностей. Значительные следы изнашивания от фретинг-коррозии возникают при ослаблении недостаточной затяжки болтов, пластических деформаций торцов вкладышей и других нарушений их посадки. В этом случае возможны микросхватывания, перегрев, ухудшение прилегания и изменение геометрии рабочей поверхности. Вид вкладышей со следами фретинг-коррозии приведен на рисунке 1.23 е.

Главным следствием этого процесса является ослабление посадки и проворот вкладыша, что в свою очередь влечет за собой задир шейки вала, полностью нарушает подачу смазки к поршню с последующим задиром поршня и втулки цилиндра.

Причины, приводящие к повреждению вкладышей, различны, в целом их можно разделить на определяемые условиями работы подшипника и причины, не зависящие от этих условий. К причинам, зависящим от условий работы подшипникового узла, можно отнести неправильно выбранный запас несущей способности подшипников, неправильно принятые макро- и микрогеометрические соотношения в подшипниковом узле, отсутствие или неверный выбор противовесов, неоптимальные зазоры, неудачно подобранная пара трения вал—подшипник, неверный выбор места подвода смазки, сорта смазки и др.

К причинам, не зависящим от конструкции подшипникового узла, можно отнести выход из строя поршня, шатуна, обрыв болтов, повреждение в блоке, поломка коленчатого вала, попадание воды и других посторонних примесей в смазку, прекращение подачи смазки (поломка насоса или иные неисправности системы смазки), недостаточная фильтрация смазки; неверный режим обкатки дизеля или нарушение правил эксплуатации (особенно нарушение температурного режима: запуск—работа—остановка); неправильная регулировка или выход из строя аварийной защиты дизеля; нарушение технологии сборки и разборки подшипникового узла; неоправданно частая разборка подшипникового узла, воздействие электрического потенциала, вибрации; использование вкладышей с просроченным сроком хранения и др.

Рисунок 1.22 –Характерные повреждения подшипников коленчатого вала

Рисунок 1.23 – Характерные повреждения подшипников коленчатого вала

Renault Scenic › Logbook › Почему застучал вкладыш?

Несмотря на многообразие причин выхода подшипников из строя, их можно разбить на две группы. Первая связана с нарушением правил эксплуатации — здесь ответственность лежит целиком на водителе автомобиля. А вот вторая группа — это явные ошибки механиков, ремонтировавших двигатель. Причем сказать, какая из групп более многочисленна, трудно. Впрочем, судите сами.

Абразивный износ — весьма распространенная причина повреждения вкладышей. Абразивные частицы вызывают ускоренный износ, если долго не менять масло и масляный фильтр. Тогда фильтрующий элемент будет в один прекрасный день загрязнен настолько, что большая часть масла начнет поступать в двигатель через открытый перепускной клапан без очистки.

Процесс абразивного изнашивания резко ускоряется, если в двигателе установлены быстроизнашиваемые элементы (распредвал, толкатели клапанов и так далее) низкого качества. Стружка, попадая в масло во все возрастающих количествах, засоряет масляный фильтр всего за несколько сотен километров пробега.

И все же главная причина абразивного износа — некачественная сборка отремонтированного двигателя. Если детали не мыть перед сборкой, то вкладыши прослужат намного меньше положенного срока.

Абразивные частицы легко обнаружить — они внедряются в мягкий рабочий слой вкладышей в виде «блесток», царапают поверхности вкладыша и вала — особенно вблизи смазочных отверстий. В результате некачественной сборки вкладыши уже через несколько часов работы будут иметь такой «бледный» вид, какого не встретишь и после тысячи часов нормальной эксплуатации.

Коррозия рабочего слоя вкладыша — следствие длительной эксплуатации двигателя с многослойными вкладышами на «состарившемся» масле. Оно способно химически воздействовать на материал вкладышей, окисляя и разрушая рабочую поверхность. Коррозия «проедает» верхний слой, затем никелевый подслой и добирается до основного антифрикционного слоя, оставляя на поверхности многочисленные поры.

На практике этот вид повреждения является результатом так называемой фреттинг-коррозии (коррозии под напряжением), возникающей при больших нагрузках в подшипниках. Такая картина больше характерна для дизелей, причем не только из-за нерегулярной замены масла, но и при использовании несоответствующих сортов масел.

Выкрашивание и разрушение рабочего слоя — типичный пример последствий некачественного ремонта. Оно проявляется в виде местного отслоения материала от основы.

Выкрашивание обычно возникает в двух случаях:

— во-первых, если применяются вкладыши, не соответствующие по нагрузке и частоте вращения. Это ведет к усталостному выкрашиванию рабочего слоя, что обычно наблюдается у верхнего шатунного вкладыша. Подобная ситуация возможна при установке на дизель вкладышей от бензинового мотора или при использовании на дизеле с непосредственным впрыском и наддувом вкладышей, предназначенных для атмосферного вихрекамерного дизеля;

— во-вторых, если между вкладышем и постелью попадает твердая частица, тогда разрушение вкладыша произойдет из-за очень больших локальных нагрузок. Выкрашиванию предшествует местное разрушение смазочной пленки и местный перегрев вкладыша. Последнее обстоятельство является ключевым для поиска причины — на тыльной стороне вкладыша отпечатается черное пятно перегрева.

Недостаток смазки — едва ли не самая распространенная причина разрушения вкладышей. И начинается оно с разрушения масляной пленки. Причин для этого более чем достаточно.

Самая простая и часто встречающаяся — нарушение подачи масла. Если масло вытекло из пробитого поддона, срезаны шлицы привода маслонасоса или забит маслоприемник, результат будет один — разрушение масляной пленки, контактирование поверхностей, рост температуры и плавление материала вкладышей. К аналогичному результату приводит также недостаточный зазор в подшипнике, несоосность и неправильная форма постели — все это вызывает резкий рост нагрузок и «выжимание» масла из зазора между вкладышем и шейкой вала. Подобный эффект наблюдается и при разжижении масла топливом или охлаждающей жидкостью, а также при запуске на сильном морозе двигателя, заправленного густым летним маслом.

Вкладыши, испытавшие режим масляного голодания, на ранней стадии имеют блестящие подплавленные участки. Дальнейшая работа подшипника в таком режиме ведет к быстрому расширению поврежденных участков, износу, задирам, плавлению и полному разрушению рабочего слоя.

Перегрев вкладышей обычно сопутствует масляному голоданию. Однако он может возникать и при обильной смазке. Например, при деформации постели, когда вкладыши не имеют хорошего натяга и теплового контакта с опорами блока или шатуном. Такой же результат дает недостаточная затяжка болтов крышки подшипника или попадание частиц грязи между плоскостями разъема крышки.

При перегреве вкладышей, помимо блестящих подплавленных участков, выкрашивания и растрескивания рабочего слоя, потемнения тыльной стороны вкладышей, будет наблюдаться деформация стальной основы вкладышей. В данном случае вкладыш, установленный в постель, не удерживается в ней и выпадает.

Износ у края вкладыша возникает по разным причинам. Так, при перекосе осей постели и вала наблюдается диагональный износ краев. Такая картина часто проявляется у шатуна с деформированным стержнем.

Читать еще:  Слабые места соляриса. основные проблемы Hyundai Solaris: инфографика.

Износ краев вкладышей нередко возникает из-за слишком больших галтелей, выполненных на шейках коленчатого вала при его ремонте. Такой износ возможен как с одной, так и с обеих сторон вкладышей в зависимости от формы галтелей.

Перекос осей ведет к подплавлению краев вкладышей, в то время как галтели обычно прочерчивают на краях вкладышей риски, снимая «лишний» металл.

Повреждение вкладышей крупными частицами наблюдается в основном при установке валов, восстановленных различными методами наварки и наплавки. В отдельных случаях происходит отслоение нанесенного на вал металла, а его частицы, отрываясь от шейки, повреждают вкладыши, оставляя на них характерные V-образные следы. Поскольку восстановление валов используется редко, то данный вид дефектов на практике почти не встречается.

Рассматривая причины повреждения и выхода вкладышей из строя, можно без труда составить перечень мероприятий, помогающих если не исключить, то до минимума уменьшить вероятность поломок. Во всяком случае, профилактика получится намного проще и выгоднее, чем ремонт. Итак, осталось разобраться, …

Как избежать ремонта?

Первое, что отметим, — правила профилактики очевидны, но почему-то многие о них забывают (наверное, надеются на пресловутое «авось»?).

В эксплуатации залог безотказной работы подшипников — исправность системы смазки двигателя. Это означает, что надо применять масло высокого качества, своевременно контролировать его уровень и вовремя менять его вместе с масляным фильтром. А любую неисправность в работе двигателя следует устранять немедленно, не откладывая на «потом».

Комплекс «ремонтных» правил более объемный. Главное — это чистота всех деталей, их внимательный контроль, причем как визуальный, так и с помощью измерительных приборов. Особое внимание следует обращать на геометрию постелей вкладышей, перекосы или непараллельность осей постелей и шеек.

Безусловно, ремонт или восстановление отдельных деталей (блока цилиндров, коленвала, шатунов) должны выполняться качественно. Это необходимо проверять, проводя соответствующие измерения. При сборке должны использоваться только качественные комплектующие, соответствующие именно этому двигателю. И, конечно, нельзя забывать о «золотом правиле» моториста — лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше. Только тогда можно быть уверенным, что вкладыш не подведет — не износится, не расплавится и не застучит.

1.6 Виды повреждений подшипников коленчатого вала

1.6.1 Классификация повреждений вкладышей подшипников

Анализ состояния замененных подшипников позволили классифицировать повреждения следующим образом: задир подшипника, повышенное или неравномерное изнашивание вкладышей, усталостное изнашивание антифрикционного слоя, коррозионное изнашивание, фретинг-коррозия посадочной поверхности, кавитационное изнашивание, потеря натяга.

Характер распределения этих видов повреждений зависит от различных факторов, в том числе и от типа двигателя, применяемых материалов пар трения, типа смазок и топлив, условий эксплуатации. Так, для вкладышей подшипников, изготовленных из бронзы с заливкой баббитом БК2, больше всего заменяется вкладышей по усталостному изнашиванию антифрикционного слоя. В то же время для подшипников с вкладышами, изготовленными из стали с заливкой свинцовистой бронзой БрСЗО, обладающей более высокой, чем баббит, усталостной прочностью, больше всего заменяются вкладыши по задиру и коррозионному изнашиванию антифрикционного слоя (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Классификация повреждений вкладышей подшипников

Существенная разница в количестве заменяемых по задиру шатунных вкладышей по сравнению с коренными уже зависит от различия конструкции, условий нагружения и в конечном счете от режима трения этих подшипников.

Среди всех видов повреждений подшипников наиболее серьезные последствия имеет задир, вызывающий в ряде случаев поломку коленчатого вала, перегрев и задир поршня, разрушение втулки цилиндра, шатуна, а иногда и блока цилиндров. Задир связан с нарушением режима жидкостного трения и повышенным тепловыделением пары трения.

В начальной стадии — это так называемый «прижог», а в развитой—сопровождается расплавлением антифрикционного материала и разрушением вкладышей. Характерным признаком перегрева вкладышей при «прижоге», особенно тех, антифрикционный материал и основа которых имеют значительную разницу в коэффициентах линейного расширения (например, сталь—свинцовистая бронза), является уменьшение диаметра вкладыша в свободном состоянии.

Задир может происходить как на одном-двух вкладышах данного дизеля, так и сразу на всех или многих подшипниках. В последнем случае он связан с нарушениями в системе смазки: выходом из строя масляного насоса, повреждением маслоподводящих трубок, а также при обводнении смазки. Причинами задира отдельных подшипников могут служить недостатки сборки, попадание грязи и крупных частиц, наличие дефектов вкладыша. Однако при систематически возникающих задирах их причиной является недостаточная несущая способность подшипника. Типичный вид вкладыша после задира приведен на рисунке 1.23 а.

Известно, что задир чаще происходит в подшипниках, для которых используются твердые антифрикционные материалы: свинцовистая бронза, алюминиево-оловянные. При этом подмечено, что наиболее тяжелые последствия задира в тех случаях, когда применяются вкладыши, залитые свинцовистой бронзой. Уже в начальной стадии задира поверхность шейки покрывается сеткой термических трещин, которые могут являться причиной поломки коленчатого вала. Известны случаи, когда поломка вала происходила как раз по тем шейкам, на которых вкладыши были заменены из-за задира.

При задире подшипников, вкладыши которых имеют алюминиево-оловянный слой, до тех пор, пока слой сохраняется, происходит перенос олова на шейку вала и тем самым обеспечивается защита шейки от более серьезных повреждений.

Задир может происходить и при работе подшипников с вкладышами, имеющими заливку из мягких антифрикционных материалов типа баббита.

Как видно из таблицы 1.1, одной из причин браковки вкладышей подшипников коленчатых валов является усталостное изнашивание. Усталостное изнашивание вкладышей подшипников тепловозных дизелей проявляется в виде выкрашивания антифрикционного слоя.

Наиболее сильно усталостному изнашиванию подвержены вкладыши, имеющие антифрикционный слой из баббита. Типичный вид усталостного повреждения баббита БК2 на вкладышах показан на рисунке 1.23 б. Имеются случаи появления усталостного изнашивания подшипников с более прочными материалами (свинцовистая бронза, алюминиево-оловянные сплавы).

В том случае, если на вкладыше имеется мягкое приработочное покрытие значительной толщины 0,04—0,06 мм, может происходить усталостное изнашивание этого покрытия (рисунок 1.23 в). Причинами возникновения усталостных повреждений следует считать циклическое изменение напряжений в антифрикционном слое в процессе работы двигателя. Развитие усталостных повреждений ускоряется вследствие деформации деталей узла, наличия отклонений в его геометрии и других факторов.

При анализе напряженного состояния антифрикционного слоя можно выделить три составляющие напряжений: сжимающие статические напряжения, возникающие при установке и затяжке вкладышей в опоры; статические термические напряжения от перепада температур вкладыша по толщине и разности коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и вкладыша, динамические напряжения, определяемые переменными силами, действующими на подшипник. Статическая составляющая напряжений зависит от параметров посадки подшипника. Во время работы двигателя под действием переменных сил происходит изгиб корпуса и подшипника, приводящий к циклическому изменению напряжений сжатия на рабочей поверхности.

На зарождение усталостных трещин могут влиять микроструктурные дефекты или микротрещины, возникающие в районе максимальных напряжений при нарушении режима жидкостного трения, например, при пуске или остановке дизеля. В дальнейшем трещины развиваются в глубину антифрикционного слоя и, дойдя до более прочного материала основания вкладыша, распространяются вдоль него. Выкрашивание участка антифрикционного слоя происходит при встрече с другой трещиной, развивающейся с поверхности.

На возникновение и развитие усталостных повреждений оказывает влияние смазка. Агрессивное воздействие масла снижает усталостную прочность подшипников.

Большое влияние на долговечность вкладышей подшипников оказывает химический состав баббита. Например, отклонение от оптимального содержания натрия в баббите БК2 (свыше 0,4%) увеличивает выход из строя вкладышей. Долговечность подшипников со слоем баббита во многом зависит и от качества заливки. Часто встречающимися дефектами заливки являются рыхлоты, пористость и невысокая прочность сцепления антифрикционного слоя с основанием вкладыша. Усадочные рыхлоты при этом могут быть достаточно мелкими и оказывают влияние лишь после длительного хранения вкладышей.

Как видно из данных таблицы 1.1, значительная часть вкладышей заменяется из-за коррозионного изнашивания. Этому виду износа подвержены вкладыши, антифрикционный материал которых имеет основой свинец, например свинцовистая бронза. Коррозия вызывается продуктами окисления масла из-за попадания в него воды, топлива и некоторых присадок к маслу.

Эрозионный износ вкладышей может происходить вследствие воздействия электрического тока. Наибольший эрозионный износ отмечается на вкладышах, близко расположенных к генератору. По мере удаления опор от генератора износ вкладышей уменьшался.

Рабочая поверхность вкладышей, подвергшихся действию электроэрозии, покрывается мелкой сыпью (рисунок 1.23 д), приводящей к высокой интенсивности изнашивания отдельных вкладышей.

Изнашивание вследствие фретинг-коррозии происходит из-за микроперемещений поверхностей. Значительные следы изнашивания от фретинг-коррозии возникают при ослаблении недостаточной затяжки болтов, пластических деформаций торцов вкладышей и других нарушений их посадки. В этом случае возможны микросхватывания, перегрев, ухудшение прилегания и изменение геометрии рабочей поверхности. Вид вкладышей со следами фретинг-коррозии приведен на рисунке 1.23 е.

Главным следствием этого процесса является ослабление посадки и проворот вкладыша, что в свою очередь влечет за собой задир шейки вала, полностью нарушает подачу смазки к поршню с последующим задиром поршня и втулки цилиндра.

Причины, приводящие к повреждению вкладышей, различны, в целом их можно разделить на определяемые условиями работы подшипника и причины, не зависящие от этих условий. К причинам, зависящим от условий работы подшипникового узла, можно отнести неправильно выбранный запас несущей способности подшипников, неправильно принятые макро- и микрогеометрические соотношения в подшипниковом узле, отсутствие или неверный выбор противовесов, неоптимальные зазоры, неудачно подобранная пара трения вал—подшипник, неверный выбор места подвода смазки, сорта смазки и др.

К причинам, не зависящим от конструкции подшипникового узла, можно отнести выход из строя поршня, шатуна, обрыв болтов, повреждение в блоке, поломка коленчатого вала, попадание воды и других посторонних примесей в смазку, прекращение подачи смазки (поломка насоса или иные неисправности системы смазки), недостаточная фильтрация смазки; неверный режим обкатки дизеля или нарушение правил эксплуатации (особенно нарушение температурного режима: запуск—работа—остановка); неправильная регулировка или выход из строя аварийной защиты дизеля; нарушение технологии сборки и разборки подшипникового узла; неоправданно частая разборка подшипникового узла, воздействие электрического потенциала, вибрации; использование вкладышей с просроченным сроком хранения и др.

Рисунок 1.22 –Характерные повреждения подшипников коленчатого вала

Рисунок 1.23 – Характерные повреждения подшипников коленчатого вала

Вкладыши коленчатого вала: что должен знать о них автолюбитель?

Двигатель транспортного средства представляет собой сложный по своей конструкции агрегат, состоящий из тысяч различных деталей. Чтобы система ДВС работала сбалансировано, все элементы агрегата должны функционировать должным образом. В этой статье мы поговорим о вкладышах для ремонта коленвала: в чем заключается их предназначение, какая маркировка и как произвести замену компонентов.

Описание вкладышей коленвала

Все коренные и шатунные шейки коленвала имеют свои собственные размеры, речь идет о параметрах, которые принимают шейки после процесса шлифовки. Размеры этих элементов должны полностью соответствовать габаритам, которыми обладают ремонтные вкладыши коленвала. Соответственно, при покупке таких запчастей необходимо учитывать параметры своего транспортного средства, ведь каждый отдельный мотор имеет свои размеры.

Читать еще:  Подборка информативных ответов по теме перерасхода масла двигателя

Отработавшие свой ресурс вкладыши коленвала

К примеру, если вы являетесь владельцем классического автомобиля ВАЗ, то должны иметь в виду, что отечественные авто имеют четыре различных размера вкладышей. Это означает, что коленвал в принципе может быть расточен не более четырех раз. Также нужно учесть, что вкладыши коленвала имеют и наружный размер, который никогда не изменяется, а вот внутренний может регулироваться из-за увеличения толщины элементов.

Назначение вкладышей

По сути, коренные вкладыши коленчатого вала, вне зависимости от маркировки, выполняют роль подшипников, предназначенных для улучшения скольжения шатунов. Шатуны, как известно, предназначены для вращения коленвала под воздействием микровзрыва горючей смеси в камерах сгорания мотора. Поскольку элементы периодически изнашиваются, автомобилист должен своевременно выполнять их снятие и замену, что также должно сопровождаться расточкой вала.

Не секрет, что при работе двигателя внутренние узлы подвергаются высоким нагрузкам и скоростям вращения. Это означает, что мотору просто необходимо снизить трение, в противном случае агрегат может выйти из строя практически сразу. Чтобы показатель силы трения был значительно ниже, все необходимые компоненты внутри мотора функционируют в микронной пленке, которая является масляной.

Износившийся и новый вкладыш

Эта прослойка, которая обволакивает металлические компоненты агрегата, образовывается исключительно при достаточном давлении рабочей жидкости. В частности пленка всегда должна находиться между коренной шейкой коленвала и вкладышем, в результате чего показатель трения не такой высокий, как мог бы быть. Соответственно вкладыши, изготовление которых осуществляется из металла, представляют собой надежную защиту, которая позволяет повысить ресурс эксплуатации вала в целом.

Конструкция

Казалось бы, вкладыш коленвала — обычная деталь, но ее изготовление осуществляется с применением нескольких различных металлов.

Соответственно вкладыш состоит из нескольких слоев, которые мы рассмотрим ниже:

  • изготовление первого слоя осуществляется из меди, ее процент может составлять от 69 до 75%;
  • изготовление второго слоя осуществляется из свинца, его процент составляет от 21 до 25%;
  • третий слой — олово, около 2-4%.

В целом общая толщина вкладыша составляет 250-400 микро. Следует отметить, что иногда для изготовления вкладыша применяется не медь, олово и свинец, а специализированный алюминиевый сплав. Маркировка в этом случае будет зависеть исключительно от производителя.

Что касается видов, то маркировка здесь будет зависеть от типа компонента.

В целом вкладыши для коленчатого вала подразделяются не несколько групп:

  1. Коренные. Вне зависимости от маркировки, коренные вкладыши выполняют сходные функции. Они монтируются между коленчатым валом и тем местом, где этот вал проходит через корпус мотора.
  2. Шатунные. Шатунные компоненты расположены непосредственно между шатунами и шейками вала.

В принципе вкладыши, как шатунные, так и коренные, производятся для каждого типа мотора, но все они различаются между собой по внутреннему диаметру. В зависимости от модели двигателя диаметры элементов будут различны, даже для одного двигателя. Как правило, разница в диаметре, то есть шаг, составляет 0.25 мм. Это значит, что размерный ряд деталей, составляется следующим образом: 0.25 мм, 0.5 мм, 0.75 мм и т.д.

Проверка и замена вкладышей

Когда нужно менять?

Поскольку коленвал функционирует в условиях высоких температурных и физических нагрузок, только подшипники могут удержать его на своей оси. Шейки, как коренные, так и шатунные, исполняют роль внутренних обойм, а вот вкладыши — наружных. Как и другие элементы мотора, вкладыши со временем изнашиваются, что приводит к необходимости их замены.

Физический износ является важным условием, при котором возникает необходимость снятия и замены элементов. Как бы автолюбитель не желал избежать износа, это невозможно. Эксплуатация транспортного средства с изношенными деталями может привести к выходу из строя двигателя.

Однако необходимость снятия и установки новых запчастей может возникнуть и в других случаях. К примеру, часто отечественные автолюбители сталкиваются с такой проблемой, как проворачивание вкладышей. Тонкая пластина элемента монтируется в специальную канавку, а снаружи выступы упираются в торцевые части подшипников. В некоторых случаях, когда нагрузки очень высокие, выступы не в состоянии удержать вкладыш, в результате чего последний проворачивается.

В этом случае дальнейшая работа двигателя внутреннего сгорания будет невозможной, эта неисправность возникает по следующим причинам:

  • в результате использования очень вязкого масла;
  • при отсутствии смазывающей жидкости или попадании в нее абразива;
  • при очень малом натяге при монтаже крышек подшипников;
  • если масло недостаточно вязкое;
  • если двигатель регулярно эксплуатируется в условиях высоких нагрузок и перегрузок.

Признаки износа

Если вы уже поняли, что ремонт мотора вашего автомобиля неизбежен, то вам наверняка будет интересно выявить износ элементов. Чтобы определить замеры, вам потребуется микрометр, однако выявить поломку можно и визуально. В ходе осмотра вам также потребуется оценить возможность последующей расточки вала.

А вот если вкладыши начали проворачиваться, то их снятие и установка новых должна производиться как можно быстрее. Одним из признаков износа является громкий стук вала, снижение мощности двигателя, а также его регулярные попытки заглохнуть.

В том случае, если заклинили шейки, то движение на автомобиле будет невозможным. Так или иначе, но вам придется осуществить подробный осмотр элементов. Если на шейках будут выявлены волнообразные повреждения, которые в принципе можно прочувствовать и руками, то коленвалу необходимо расточка. Соответственно замена вкладышей коленвала в этом случае также будет необходимой. Если вы собрались покупать новые детали, то лучше это сделать после того, как мотор будет расточен, ведь если износ достаточно большой, то вы можете прогадать с размером.

Последовательность действий по замене

На сегодняшний день процедура снятия и установки вкладышей коленвала не особо популярна среди наших автомобилистов. Водители в большинстве случаев доверяют эту процедуру специалистам, но некоторые все же решаются на то, чтобы произвести замену элементов в домашних условиях. Мы рекомендуем осуществлять ремонт своими руками только в том случае, если вы имеете хоть какие-то знания.

В целом процесс замены вкладышей описан ниже:

  1. Перед тем, как приступить к замене компонентов, необходимо проверить наличие зазора между валом и вкладышем. Чтобы сделать это, вам потребуется использовать калиброванную пластиковую проволоку, которая находится на шейке. Затем крышка с элементов устанавливается и затягивается с необходимым усилием, в данном случае этот показатель составляет 51 Нм. Все замеры следует производить с помощью динамометрического ключа.
    Когда крышка демонтирована, показатель зазора будет соответствовать степени сплющивания проволоки. Для оценки нужного параметра следует использовать номинальный зазор, данный показатель должен быть указан в сервисном мануале к вашему авто. В том случае, если при проверке зазора вы выявили, что он больше того, который указан вашим автопроизводителем, то вкладыши придется менять. Покупка вкладышей осуществляется строго в соответствии с вашей моделью авто, если зазор слишком большой, то покупайте детали только после расточки вала.
  2. Когда все зазоры были замерены, необходимо будет демонтировать шатуны со всех шеек. Затем снимается коленчатый вал и осуществляется его расточка. Непосредственно сам процесс шлифовки должен происходить на центростремителе. Естественно, такое устройство вряд ли найдется в гараже у рядового автомобилиста, поэтому процедуру шлифовки все же лучше будет доверить профессионалам.
    Когда коленвал расточен, приступаете к выбору ремонтных вкладышей. В этом случае вам опять придется воспользоваться микрометром, затем осуществите примерку вкладышей вала. Снимая старые вкладыши, обратите внимание на их состояние — возможно, их выход из строя обусловлен внешними механическими воздействиями. Чтобы неисправность не повторилась через некоторое время, причину желательно устранить, разумеется, если она в принципе есть. Ведь как вы помните, выход из строя вкладышей может быть следствием физического износа.
  3. Только после того, как вы окончательно выбрали запчасти для ремонта, можно приступить к процессу установки коленчатого вала. Все действия по монтажу осуществляются в обратной последовательности, все должно быть сделано правильно и строго в соответствии с требованиями автопроизводителя. Только когда все компоненты будут установлены на свое место, можно закрутить крышки коренных подшипников.
  4. После этого приступаете к процедуре монтажа непосредственно самих вкладышей вала, а также шатунов. В целом этот процесс не должен занять много времени и сил. Ремонтные вкладыши необходимо смазать моторной жидкостью, после чего закручиваются их крышки. Собственно, сам монтаж довольно прост, если не считая подготовительные процессы.

Всегда при эксплуатации своего «железного коня» помните о том, что коленчатый вал является одним из самых дорогих в плане ремонта и замены узлов. Тем более, что он испытывает очень серьезные нагрузки при функционировании. Соответственно вам, как водителю, необходимо принимать все меры для того, чтобы увеличить его ресурс службы. И немаловажной процедурой для этого является расточка, которая должна осуществляться вовремя. Если процесс расточки выполнен правильно, то все шейки будут гладкими, соответственно, они смогут выдерживать сильные нагрузки при эксплуатации.

Также учитывайте и то, что мотор транспортного средства является достаточно сложным по своей конструкции агрегатом. И хотя некоторые специалисты могут разобрать и собрать его своими руками даже с закрытыми глазами, демонтаж и монтаж коленчатого вала все же требует специфических навыков. Поэтому при отсутствии хорошего опыта мы не рекомендуем вам браться за это дело. Ведь перетянув или недотянув вкладыши при установке, можно вновь столкнуться с проблемой их проворачивания.

Видео «Меняем вкладыши коленвала в домашних условиях»

На примере автомобиля Форд Транзит предлагаем вам ознакомиться с процессом замены вкладышей коленвала.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector